Kujawsko-Pomorskie Forum Drogowe

Transkrypt

1 Kujawsko-Pomorskie Forum Drogowe Innowacyjne metody utrzymania dróg: finansowanie i technologie Efektywne metody utrzymania nawierzchni betonowych Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o.

2 Efektywne metody utrzymania nawierzchni betonowych Motto: Eine Betondecke kann nur so gut sein wie ihre Fugen (Nawierzchnia betonowa może być tylko tak dobra, jak dobre są jej szczeliny) Otto Alte-Teigeler Części referatu: A. Wprowadzenie a w nim podstawa teoretyczna B. Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych C. Praktyczne wnioski Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 2

3 Wprowadzenie 1. Cel i treść referatu. 2. Z czego wynika konieczność utrzymywania nawierzchni w dobrym stanie? 3. Podstawa teoretyczna, tj. wiedza będąca podstawą racjonalnych działań utrzymaniowych. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 3

4 Cel i treść referatu Celem niniejszego referatu jest przybliżenie uczestnikom Kujawsko- Pomorskiego Forum Drogowego istotnych zagadnień z zakresu teorii i praktyki utrzymywania betonowych nawierzchni drogowych. W pierwszej części referatu zostanie przedstawiona podstawa teoretyczna, tj. wiedza będąca podstawą racjonalnych działań z zakresu utrzymania betonowych nawierzchni drogowych. W drugiej części referatu nastąpi omówienie oraz praktyczne zilustrowanie kilku wybranych skutecznych i ekonomicznych zabiegów utrzymaniowych i naprawczych wykorzystywanych w Polsce i w Niemczech. W części Praktyczne wnioski zostaną przedstawione zalecenia odpowiadające na pytanie: co warto robić, aby koszty utrzymania nawierzchni betonowych oscylowały blisko zera, przy założeniu ich pełnej funkcjonalności? Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 4

5 Z czego wynika konieczność utrzymywania nawierzchni w dobrym stanie? Konieczność utrzymywania nawierzchni w dobrym stanie wynika z faktu, że wskutek obciążenia ruchem i oddziaływaniom atmosferycznym następuje zużycie eksploatacyjne nawierzchni oraz z konieczności ciągłego zapewnienia: - bezpieczeństwa ruchu drogowego, - odpowiedniego poziomu komfortu jazdy, - sprawności układu drogowego, - dbałości o wspólny majątek jakim są drogi publiczne. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 5

6 Podstawa teoretyczna podstawowe definicje Co to jest wiedza teoretyczna i wiedza praktyczna? Wiedza teoretyczna odpowiada na pytanie jakie są rzeczy, wiedza praktyczna jak osiągnąć, aby rzeczy stały się takie, a nie inne. (Wyciąg z publikacji prof. Władysława Tatarkiewicza O filozofii i Sztuce, PWN, 1986). Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 6

7 Podstawa teoretyczna podstawowe definicje cd. Co to jest metoda utrzymania nawierzchni? Jest to sposób postępowania dla osiągnięcia celu, którym jest zmiana parametrów eksploatacyjnych stanu nawierzchni z niepożądanych na pożądane oraz - utrzymanie tych parametrów na wymaganym poziomie w zakładanym przedziale czasowym. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 7

8 Podstawa teoretyczna cd. Co to jest użyteczność techniczna nawierzchni betonowej i od czego zależy długość okresu tej użyteczności? Użyteczność techniczna to przedział czasowy od prawidłowego wykonania nawierzchni betonowej do momentu, kiedy nie jest w stanie spełnić wymaganych technicznych parametrów eksploatacyjnych. Długość okresu użyteczności technicznej nawierzchni betonowej zależy od tego, w jaki sposób została zaprojektowana i wykonana oraz w jaki sposób będzie utrzymywana. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 8

9 Podstawa teoretyczna cd. Jakie czynniki mają największy wpływ na długość okresu użyteczności technicznej nawierzchni betonowej? Chcąc odpowiedzieć na tak postawione pytanie, trzeba w pierwszej kolejność przeanalizować modele obciążenia nawierzchni betonowej oraz dokonać pewnych uogólnień dotyczących wywoływanych przez te obciążenia momentów oddziałujących na nawierzchnię oraz momentów przejmujących przez tą nawierzchnię. Musimy przy tym pamiętać, że w okresie użyteczności technicznej nawierzchni betonowej cały czas musi być spełniona poniżej zapisana zależność. Moment Oddziaływujący ME < Moment Przejmujący MR Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 9

10 Podstawa teoretyczna cd. Podstawowe modele obrazujące obciążenie nawierzchni betonowej oraz jego skutki w długim przedziale czasowym Materiał źródłowy: Artykuł prof. Walter a Eger a pt.: Langzeitverhalten von Betonfahrbahnen ( Zachowanie się nawierzchni betonowych w długim przedziale czasowym ) opublikowany w miesięczniku Straße und Autobahn nr 4/2014 str ) Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 10

11 Podstawa teoretyczna cd. Zarówno w przypadku momentu oddziałującego jak i momentu przejmującego mamy do czynienia z dużą liczbą czynników mających wpływ na wielkość tych momentów. Poniżej przedstawiono schematycznie zbiory tych czynników. W przypadku nawierzchni betonowych czynniki te powinny być zawsze bardzo wnikliwie przeanalizowane i odpowiednio uwzględnione na etapie matematycznej weryfikacji wymiarowania. Czynniki wpływu wywołane obciążeniem ruchem Moment Oddziaływujący Czynniki wpływu wywołane zmianą temperatur i rozkładem wilgotności w płycie i jej podbudowie Czynniki wpływu związane z właściwościami zastosowanych materiałów Moment Przejmujący Czynniki wpływu związane z właściwościami wykonanej nawierzchni Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 11

12 Podstawa teoretyczna cd. Dwa największe czynniki wpływu na długość okresu użyteczności technicznej nawierzchni betonowej widoczne we wzorze na obliczenie momentu przejmującego: grubość nawierzchni i wytrzymałość betonu na rozciąganie przy rozłupywaniu. MR = 0,167 * h d 2 * f d gdzie: MR - Moment przejmujący, h d - grubość nawierzchni betonowej, f d - współczynnik wytrzymałości betonu na rozciąganie przy rozłupywaniu. Materiał źródłowy: Artykuł Stephan a Villaret a pt.: Der Zusammenhang zwischen Betonfestigkeit und Deckendicke ( Zależność między wytrzymałością betonu i grubością nawierzchni ). Artykuł pod tym tytułem został opublikowany w miesięczniku Straße und Autobahn nr 6, w roku 2012 na stronach 379 do 385. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 12

13 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Przykład zmian procesów niszczących w przypadku systemu wyjściowego i zmienionego Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 13

14 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Wpływ grubości nawierzchni na okres użyteczności technicznej i w zależności od klasy obciążenia ruchem Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 14

15 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Wpływ wytrzymałości betonu na rozciąganie na okres użyteczności technicznej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 15

16 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Wpływ jakości podbudowy na okres użyteczności technicznej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 16

17 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Wpływ obciążenia ruchem na okres użyteczności technicznej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 17

18 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Wpływ skuteczności zintegrowania płyt na okres użyteczności technicznej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 18

19 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Wpływ jakości wykonawstwa na okres użyteczności technicznej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 19

20 Podstawa teoretyczna cd. Wyniki badań prof. Walter a Eger a istotnych czynników wpływu na okres użyteczności technicznej nawierzchni betonowych Wpływ rozmieszczenia szczelin na okres użyteczności technicznej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 20

21 Podstawa teoretyczna cd. Szczeliny najsłabsze ogniwo łańcucha czynników wpływu na użyteczność Jakie są i jak wyglądają ich prawidłowe schematy? Schemat szczeliny skurczowej pozornej opracowany przez FGSV Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 21

22 Podstawa teoretyczna cd. Szczeliny najsłabsze ogniwo łańcucha czynników wpływu na użyteczność Jakie są i jak wyglądają ich prawidłowe schematy? Schemat szczeliny konstrukcyjnej (kontaktowej) opracowany przez FGSV Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 22

23 Podstawa teoretyczna cd. Szczeliny najsłabsze ogniwo łańcucha czynników wpływu na użyteczność Jakie są i jak wyglądają ich prawidłowe schematy? Schemat szczeliny rozszerzania opracowany przez FGSV Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 23

24 Podstawa teoretyczna cd. Szczeliny najsłabsze ogniwo łańcucha czynników wpływu na użyteczność Jak wygląda uszczelnianie szczelin? Uszczelnianie masą na gorąco Uszczelnianie masą na zimno Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 24

25 Podstawa teoretyczna cd. Szczeliny najsłabsze ogniwo łańcucha czynników wpływu na użyteczność Jak wygląda uszczelnianie szczelin przy pomocy profili gumowych? Uszczelnianie szczelin przy pomocy profili gumowych otwartych (choinkowych) Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 25

26 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów utrzymaniowych hydrofobizacja W Polsce zabieg stosowany jest regularnie na lotniskach wojskowych Na drogach może mieć uzasadnienie w szczególnych przypadkach Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 26

27 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów utrzymaniowych wymiana uszczelnienia szczelin Usunięcie nieskutecznego uszczelnienia Uszczelnianie zalewą na gorąco Uszczelnianie zalewą na zimno Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 27

28 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów utrzymaniowych Grinding (szlifowanie) Widok zestawu maszyn do szlifowania nawierzchni betonowej metodą Grinding Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 28

29 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów utrzymaniowych Grinding (szlifowanie) Widok walca do szlifowania nawierzchni betonowej metodą Grinding Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 29

30 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów utrzymaniowych Grinding (szlifowanie) Efekty: 1. Bardzo wysoka równość podłużna i poprzeczna. 2. Bardzo dobra szorstkość nawierzchni. 3. Niższy o ponad 3 dba poziom hałasu. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 30

31 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych naprawa pojedynczych pęknięć. Klamrowanie rozdzielonych pęknięciem części płyty betonowej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 31

32 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych naprawa pojedynczych pęknięć. Kotwienia diagonalne rozdzielonych pęknięciem części płyty betonowej Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 32

33 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych naprawy krawędzi szczelin. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 33

34 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych naprawy naroży płyt. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 34

35 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych naprawy powierzchniowe. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 35

36 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych wymiana płyt. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 36

37 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych wymiana płyt cd.. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 37

38 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Przykłady zabiegów naprawczych podnoszenie płyt. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 38

39 Przykłady zabiegów utrzymaniowych i naprawczych Koniec użyteczności technicznej - budowa nowej nawierzchni. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 39

40 Praktyczne wnioski, czyli co warto robić, aby koszty utrzymania nawierzchni betonowych oscylowały blisko zera 1. Pomyśleć o tych kosztach już na etapie planowania inwestycji. 2. Przyjąć założenie projektowe, że okres użyteczności technicznej wykonanej nawierzchni betonowej ma być nie krótszy niż 40 lat. 3. Opracować kilka koncepcji grubości nawierzchni w zależności od wielkości prognozowanego ruchu oraz współczynnika wytrzymałości betonu na rozciąganie przy rozłupywaniu. 4. Wybrać do realizacji koncepcję ocenioną za optymalną z punktu widzenia grubości nawierzchni i wytrzymałości betonu na rozciąganie. 5. Wyboru koncepcji do realizacji dokonywać w oparciu o bardzo wnikliwą, wielokryterialną analizę ekonomiczną efektywności nakładów na budowę i utrzymanie nawierzchni betonowej.. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 40

41 Praktyczne wnioski, czyli co warto robić, aby koszty utrzymania nawierzchni betonowych oscylowały blisko zera 6. Po ostatecznym ustaleniu grubości nawierzchni i wytrzymałości betonu na rozciąganie dobrać wszystkie pozostałe rozwiązania (odwodnienie, konstrukcja nośna nawierzchni, dyblowanie, kotwienia, rozstaw szczelin, szerokości szczelin, właściwości powierzchniowe nawierzchni itd.) w taki sposób, aby były funkcjonalne w całym okresie zakładanej użyteczności technicznej. 7. Cały czas pamiętać, że oszczędność na nośności podbudowy jest oszczędnością w złym miejscu. 8. Szczelinom w nawierzchni betonowej trzeba poświęcić szczególną uwagę, gdyż jest to najsłabsze ogniwo łańcucha czynników istotnie wpływających na okres użyteczności technicznej. 9. Jakość wykonania nawierzchni betonowej, w tym zwłaszcza szczelin, musi być perfekcyjna z punktu widzenia aktualnego stanu wiedzy i techniki. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 41

42 Praktyczne wnioski, czyli co warto robić, aby koszty utrzymania nawierzchni betonowych oscylowały blisko zera 10 Po ostatecznym ustaleniu grubości nawierzchni i wytrzymałości betonu na rozciąganie dobrać wszystkie pozostałe rozwiązania (odwodnienie, konstrukcja nośna nawierzchni, dyblowanie, kotwienia, rozstaw szczelin, szerokości szczelin, właściwości powierzchniowe nawierzchni itd.) w taki sposób, aby były funkcjonalne w całym okresie zakładanej użyteczności technicznej. 11. Cały czas pamiętać, że oszczędność na nośności podbudowy na jakości materiałów do budowy nawierzchni jest oszczędnością w złym miejscu. 12. Szczelinom w nawierzchni betonowej trzeba poświęcić szczególną uwagę, gdyż jest to najsłabsze ogniwo łańcucha czynników istotnie wpływających na okres użyteczności technicznej. 13. Jakość wykonania nawierzchni betonowej, w tym zwłaszcza szczelin, musi być perfekcyjna z punktu widzenia aktualnego stanu wiedzy i techniki. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 42

43 Praktyczne wnioski, czyli co warto robić, aby koszty utrzymania nawierzchni betonowych oscylowały blisko zera 14. Przyjąć założenie, że najsłabsze ogniwa w łańcuchu czynników wpływu na użyteczność techniczną muszą być skutecznie monitorowane i wymieniane w odpowiednim czasie. 15. Najsłabszym ogniwem klasycznej nawierzchni betonowej jest i jeszcze jakiś czas będzie uszczelnienie szczelin; przy obecnej stanie wiedzy i techniki nie ma możliwości wykonania uszczelnienia szczelin, które będą skuteczne przez 40 lat. W związku z tym uszczelnia szczelin powinny być regularnie wymieniane po to, aby szczelność nawierzchni była cały czas skuteczna. 16. Aktualny stan wiedzy wskazuje na to, że najskuteczniejszą metodą utrzymaniową dobrze wykonanej nawierzchni betonowej z punktu widzenia wszystkich wymaganych parametrów eksploatacyjnych jest metoda Grinding. W Niemczech metoda ta zdobyła bardzo duże uznanie, jest aktualnie w sposób naukowy badana pod kątem optymalizacji takich parametrów jak równość, szorstkość, emisja hałasu na styku opona-nawierzchnia, opory toczenia. 17. W przypadku konieczności napraw nawierzchni betonowych wystarczy tylko sięgnąć po już istniejące i dobrze sprawdzone rozwiązania naprawcze. Pamiętać jedynie trzeba, że skutecznie dokonują napraw jedynie firmy specjalistyczne z tego zakresu. Instytut Dróg i Lotnisk Sp. z o.o. 43